一种高性能的碱金属修饰CuFeZr催化材料及其制备方法与流程

本发明属于催化材料，特别涉及一种高性能的碱金属修饰cufezr催化材料及其制备方法。

背景技术：

1、氧化物基的多孔材料是催化领域的良好载体，但高性能的低碳醇合成催化材料的制备方法仍然需要进一步的探索。而铜-铁基材料由于其独特的氧化还原性能及高催化活性，而被广泛用于催化二氧化碳加氢合成甲醇和低碳醇、费托反应等的催化反应等。

2、一般认为，催化反应主要在铜表面和cu-fe界面上进行，但铜基催化剂由于其活性铜物种在还原气氛中微观结构极其不稳定，易变成金属铜以及在高温下易烧结造成其暴露活性面积迅速减小，从而造成了催化活性迅速降低甚至失活。

3、金属(如铜、铁等)高度分散在高表面积的多孔氧化物材料，已被证明是良好的氧化还原反应催化剂，氧化铜、氧化铁具有比较高的热稳定性，同时，因其是一个合成气及二氧化碳加氢合成甲醇、低碳醇等催化反应的活性组分或者活性助剂，在高比表面的无定形氧化锆中加入氧化铜、氧化铁等金属可形成纳米级的铜纳米晶，以及丰富的合金/界面物种，从而增加活性物种的稳定性以及催化剂催化解离氢以及活化二氧化碳的能力，增强低碳醇的收率和选择性，有利于二氧化碳加氢反应的进行，从而制备得到一种高性能的co2加氢合成低碳醇催化材料。

4、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提供一种高性能的碱金属修饰cufezr催化材料的制备方法，具有制备成本低、操作简便安全、反应周期短、产品重复性好等优点；通过该方法制得的高性能的碱金属修饰cufezr催化材料，具有成本低、催化活性高、热稳定性高等优点，能够在较低温度条件下高选择性地催化还原co2合成低碳醇，可在材料研究、二氧化碳催化加氢合成低碳醇反应领域中进行应用。

2、本发明采用以下技术方案来实现：

3、高性能的碱金属修饰cufezr催化材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1，将锆盐加入到乙醇溶剂中，超声溶解后，加入环氧丙烷进行第一接触反应，得到溶液i；

5、s2，将溶液i进行水热反应，所得物质进行烘干、粉碎，得到无定形氧化锆；

6、s3，将无定形氧化锆加入水中，超声分散，加入金属铜盐，进行第二接触反应，得到溶液ii；

7、s4，向溶液ii中加入沉淀剂水溶液进行第三接触反应，反应结束后，所得物质离心、烘干、粉碎、煅烧；

8、s5，将所得到固体与金属铁盐进行第四接触反应，得到溶液iii；

9、s6，将所述溶液iii与沉淀剂进行第五接触反应，反应结束后，所得物质离心、烘干、粉碎；

10、s7，将所得材料与碱金属盐进行第六接触反应，旋转蒸发干水份后，所得物质粉碎、煅烧，得到高性能的碱金属修饰cufezr催化材料。

11、优选的方案，步骤s1中，超声溶解的条件为：在频率为40-60khz条件下超声溶解25-40min；进一步优选的方案，在频率为50khz条件下超声溶解30min；

12、优选的方案，步骤s1中，所述锆盐可为硝酸锆、氯化氧锆、氯化锆、硫酸锆中的一种；以摩尔比计，所述环氧丙烷和以zr元素计的锆盐的用量为(1.5-2.5)：1；进一步优选的方案，以摩尔比计，所述环氧丙烷、乙醇和以zr元素计的硝酸锆的用量为(1.5-2.5)：(60-70)：1。

13、优选的方案，步骤s1中，所述第一接触反应的条件为：温度为10-40℃，时间为0.05-1h。

14、优选的方案，步骤s1中，所述第一接触反应在搅拌条件下进行，搅拌速率为50-500rpm；进一步优选的方案，所述第一接触反应在搅拌条件下进行，搅拌速率为350-450rpm。

15、优选的方案，步骤s2中，所述水热反应的温度为100-200℃，时间为15-25h。

16、优选的方案，步骤s3中，所述第二接触反应的条件为：温度为10-40℃，时间为0.05-10h。

17、所述铜盐可为硝酸铜、硫酸铜、乙酸铜、氯化铜中的任意一种；

18、以质量比计，以cu元素计的所述金属铜盐和以氧化锆计的所述无定形氧化锆的用量比为(0.2-0.3)：1；

19、优选的方案，步骤s3中，所述第二接触反应在搅拌条件下进行，搅拌速率为50-500rpm；进一步优选的方案，所述第二接触反应在搅拌条件下进行，搅拌速率为350-450rpm。

20、优选的方案，步骤s4中，所述第三接触反应的条件为：温度为70-90℃，时间为0.1-10h。

21、所述沉淀剂可为碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的任意一种；

22、以摩尔比计，沉淀剂与以cu元素计的所述金属铜盐的用量比为1-3：1；

23、优选的方案，步骤s5中，所述第四接触反应的条件为：温度为10-40℃，时间为0.1-10h。

24、所述铁盐可为硝酸铁、乙酸铁、硫酸铁、氯化铁中的任意一种；

25、以fe元素计的所述金属铁盐和以铜锆氧化物计的所述铜锆材料的用量质量比为(0.1-0.2)：1；

26、优选的方案，步骤s6中，所述第五接触反应在搅拌条件下进行，搅拌速率为50-500rpm；进一步优选的方案，所述第五接触反应在搅拌条件下进行，搅拌速率为350-450rpm。

27、优选的方案，步骤s6中，所述第五接触反应的条件为：温度为70-90℃，时间为0.1-10h。

28、所述沉淀剂可为碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的任意一种；

29、以摩尔比计，沉淀剂与以fe元素计的所述金属铁盐的用量比为1-3:1；

30、优选的方案，步骤s7中，所述第六接触反应的条件为：温度为10-40℃，时间为0.1-10h。

31、碱金属盐可为碳酸钾、碳酸钠、碳酸铯中的任意一种；

32、以碱金属元素计的所述碱金属盐和以zr元素计的所述无定形氧化锆的用量摩尔比为(0.1-0.25)：1；

33、优选的方案，步骤s7中，所述第六接触反应在搅拌条件下进行，搅拌速率为50-500rpm；进一步优选的方案，所述第六接触反应在搅拌条件下进行，搅拌速率为350-450rpm。

34、优选的方案，步骤s2、s6中，所述烘干的条件：温度为40-80℃，时间为2-24h；

35、优选的方案，步骤s4中，所述烘干的条件包括：温度为40-80℃，时间为2-24h；所述煅烧的条件包括：温度为300-500℃，时间为0.5-8h。

36、优选的方案，步骤s7中，所述旋转蒸发的条件包括：温度为40-80℃，真空度为-0.08～-0.1，时间为2-6h；所述煅烧的条件包括：温度为300-500℃，时间为3-10h。

37、本发明的有益效果是：

38、1、本发明的制备方法，具有制备成本低、操作简便安全、反应周期短、产品重复性好等优点。

39、2、通过本发明的制备方法制得的高性能的碱金属修饰cufezr催化材料，可提供纳米级的铜/氧化铁纳米晶，或者铜铁合金/界面物种，能够增加活性物种的稳定性、催化剂催化解离氢活性及活化二氧化碳的能力，有利于选择性催化二氧化碳还原反应的进行。

40、3、通过本发明的制备方法制得的高性能的碱金属修饰cufezr催化材料，具有成本低、催化活性高、热稳定性高等优点，能够在较低温度条件下高选择性地催化还原co2合成低碳醇，可在材料研究、二氧化碳催化加氢合成低碳醇反应领域中进行应用。